新一代金屬-空氣二次電池的氧化物空氣極催化劑

新一代金屬-空氣二次電池的氧化物空氣極催化劑

刊名：工業(yè)材料（日）

刊期：2014年第1期

作者：竹口竜彌

編譯：張英才

通常插電式混合動力汽車或純電動汽車使用鋰離子二次電池作為電源，但這些車型要得到實質(zhì)性普及必須延長續(xù)駛里程，即希望開發(fā)出高能量密度的新一代二次電池。金屬-空氣電池是最有希望的新一代二次電池之一，如鋁-空氣電池的理論能量密度達到8.1kW·h/kg，不僅大大超過現(xiàn)用鋰離子電池的0.2kW·h/kg，而且?guī)缀蹩梢耘c汽油的能量密度媲美。但金屬-空氣電池還存在許多需要攻克的課題，例如：必須開發(fā)非水系的電解質(zhì)；必須開發(fā)新的空氣極催化劑，以提高現(xiàn)有空氣極的反應(yīng)效率等。

實現(xiàn)高性能金屬-空氣電池的關(guān)鍵之一是開發(fā)出高活性氧還原反應(yīng)與氧放出反應(yīng)的空氣極催化劑，鈣鈦礦氧化物可以提高空氣極的活性，但尚不能滿足起動電動勢的要求。將新開發(fā)的RP型層狀鈣鈦礦氧化物、LaSr3Fe3O10作為催化劑取得很大成功。層狀鈣鈦礦氧化物與單純鈣鈦礦氧化物不同，其是3層結(jié)構(gòu)，在充、放電時幾乎不發(fā)生能量損失。此外，由于具有足夠的導(dǎo)電性能，無須添加碳素，避免了引起碳素燃燒的問題。通過試驗測定明確了促進充電、放電反應(yīng)的機理。使用這種空氣極催化劑，當電極電位高于平衡電極電位（1.2V）時，電極反應(yīng)向氧化方向移動；當?shù)陀谄胶怆姌O電位時則向還原方向移動，恢復(fù)到最初放電前的狀態(tài)。本空氣極催化劑中不含有貴金屬，因此對降低成本和節(jié)約貴金屬資源有利。